变电程序化操作的设计与实现

变电程序化操作的设计与实现

鞠浩敏

锡林郭勒电业局内蒙古锡林郭勒026000

摘要：随着我国电网建设的快速发展，变电站自动化水平越来越高，数字技术得到了广泛的应用。为了解决操作人员的操作失误问题，提高工作效率，确保电力系统的安全运行，程序化操作方法因此而出现。不过，由于程序化操作方法在应用中还不完善，对此本文中将进行深入的分析，以促进我国变电站数字化的发展。

关键词：变电站；程序操作；数字化；应用

目前国内变电站自动化系统经过多年发展已达到较高的技术水平，其中一些重要变电站的一次设备和二次设备已经具有很高的可靠性和可控性，具备了实施程序化操作的条件。另外在变电站自动化系统中采用程序化操作，可提高运行工作效率和操作正确率，有效防止运行过程中的误操作。程序化操作逐渐成为无人值班变电站发展的必然。

一、变电站程序化操作的含义

变电站程序化操作是指变电站内智能设备根据变电站操作票的执行顺序和执行结果校核要求，由站内智能设备替代操作人员，自动完成操作票的执行过程。实际操作时只需要变电站内运行人员或调度运行人员根据操作要求选择一条程序化操作命令，一键操作，由智能电子设备按照预先设定好的操作票，一次性完成检修、冷备用、热备用、运行等状态之间的转换、多个步骤的控制操作，并包含有先后操作顺序的操作步骤，每步骤包括操作前判断逻辑（防误逻辑）、操作内容、操作后确认条件（确认操作是否成功）。

二、实现程序化操作需要解决的问题

2.1一次设备的电动化

要求一次设备实现电动化、具备较高的可靠性。要求各参与程序化操作的一次设备包括断路器、隔离刀闸、地刀、手车等均可以实现电动操作，也就是通过电气操作可以实现开关、刀闸的分合，手车的推入和拉出等。对于变电站程序化操作，我们需要关心操作的正确性和操作成功率。由于程序化操作基本为无人干预，特别是无人值班变电站内的操作，其操作的成功与否在绝大多数情况下取决于一次设备操作的可靠性，也就是说一次设备能否正常操作到位，特别是地刀的分合操作。如果一次设备的可靠性较低，经常出现不能正常操作或操作不到位的情况，则程序化操作的成功率难以提高。另一方面，程序化操作过程中每一步执行前的条件以及每一步执行后成功与否的判断，均需要根据相关一次设备的辅助接点位置进行判断，因此一次设备辅助接点位置与一次设备实际位置的严格对应，是保证程序化操作正确性的关键因素。

2.2二次设备的可靠性

变电站内的测控单元和保护测控四合一装置是程序化操作的最终执行者，同时其负责采集一次设备的状态，为保证程序化操作的正确、成功执行，除了要求一次设备稳定、可靠外，还要求参与变电站程序化操作的二次设备稳定、可靠运行，一方面能够按照操作票的操作顺序正确发出控制信号，同时确保一次设备位置采集准确无误。由于一次设备存在一定的不可靠因素，比如说断路器辅助接点位置与断路器实际位置不符，当断路器实际在合位时而辅助接点为分位，这样在操作过程中容易导致带电拉开隔离开关或合接地刀闸造成误操作，因此二次设备在设计过程中需要采取一定的容错措施，确保当一次设备辅助接点不正确时不出现误操作。

2.3远动通信规约的扩充

在程序化操作过程中，我们可以看出，变电站需要将操作票内容上传以供确认，主站也需要实时获得程序化操作的执行信息。操作中可能还需要进行保护定值的修改、定值区的切换、保护功能软压板的投退等操作，这些操作对于目前广泛使用的101、104等远动规约来说是满足不了这些要求的，因此必须对现有远动规约进行扩展，否则将很难在主站端实现变电站端实现的程序化操作过程监视功能。

2.4变电站通信体系的统一

在变电站实施程序化操作，涉及到自动化设备、保护设备之间的互操作，因此变电站自动化系统必须是一个开放系统，选择合适的变电站系统通信平台，也是程序化操作变电站应该解决的问题。传统的103规约由于受到历史条件的限制，不支持信息的自描述，在使用时缺乏扩展的语义范畴的规范，因此在实际使用时导致不同厂家的产品无法真正实现互操作，不适合作为程序化操作的平台。IEC61850标准是IEC制定的关于变电站自动化系统和通信网络的国际标准，该标准优越于以往的规约在于标准的对象模型和信息的自描述，定义了大多数公共实际设备和设备组件。利用GOOSE实现跨间隔操作和信息传递既可靠又快速。将IEC61850标准体系引入变电站自动化系统，作为变电站的通信体系规范，并在此基础上实施程序化操作，对提高系统的性能和可靠性，也是很有必要的。

三、程序化操作的实现模式

总体而言，变电站程序化操控的实现模式有二种途径，一种是间隔层保护或测控装置直接实现程序化控制功能，即间隔层模式；再就是在主控制单元（远动工作站）实现程序化控制功能的站控层模式。

3.1间隔层程序化操作模式

将程序化操作模块分别直接安装于各间隔层装置中，由于间隔层装置采集本间隔的所有信息，因此其能很方便地实现本间隔的程序化操作。对于涉及到跨间隔的操作也是通过间隔层设备相互间的直接信息交换完成的。主要适用于间隔内操作居多的变电站，如110KV变电站，且受变电站今后改扩建的影响小。

优点：在间隔层的保护测控设备完成本间隔的顺序控制，无通信上的延时，顺控执行速度相对于通过通信协调顺序控制速度更快[1]；实现方便，各间隔间相互影响小或基本没有影响，如出线间隔等扩建工程对原有程序化控制功能基本没有影响。

缺点：要求间隔层设备必须具备防误闭锁和实现程序化控制的功能；间隔间的顺序控制仍要放到总控单元执行，系统的离散性较大，结构相对复杂，而且由于保护测控设备的资源限制，装置内的顺控信息主要靠被操作的设备的状态变位反映，进一步详细的信息如逻辑出错、条件非法等信息无法传送，导致程序化控制透明度低。

3.2站控层程序化操作模式

优点：结构清晰，既可以完成单元间隔的程序化控制，也可以完成跨间隔的程序化控制，保证全站顺控库的一致性，工程实施和维护都较为方便。

缺点：在运行维护或工程扩建后，先前定义的顺控逻辑是否还保存完整、正确，调整或增加了的远动点表有无改动了先前定义的顺控组对应表等等，都无法考究。由于往往不可能将运行的设备重新做一遍试验，因此，也就无法确定所发的遥控命令启动的顺控组是否正确，给程序化操作的安全性带来了隐患。

3.3两者相结合模式

间隔内的操作任务由本间隔测控装置完成，跨间隔的操作任务由主单元负责，可以弥补间隔层设备间通信能力不足的缺陷。主要适用于220KV及以上变电站。

四、二次设备操作

220kV及以上变电站的程序化操作还将涉及到对保护装置的操作，如保护软压板、定值区切换、PT切换、控制电源开关等。

调整原有典型操作票的先后顺序，分成程序化操作和手动操作两部分，将可遥控部分进行集中程序化操作，即一次操作任务中部分实现程序化操作功能。

完善与保护的通信功能及定值修改功能，并具有保护定值召唤显示功能，最终基于IEC61850协议。

结语：

程序化操作技术作为变电站综合自动化科技应用的新热点，其广泛应用范围还有待我们开发探究，需要进一步制定科学完善的运行管理制度，从而发掘程序化操作技术的潜力，更好地维护强大的国家电网。程序化操作变电站将成为更多的工程技术、运行维护人员研究和探索的方向。

参考文献：

[1]黎翀宇.智能变电站技术的研究及应用[D].西南交通大学，2017.

[2]袁毅，张嫣.变电站程序化控制技术简介及应用[J].中国电力教育，2017，（27）：80-81.DOI：10.3969/j.issn.1007-0079.2011.27.041.

[3]陈永忠.智能程序化变电站的工程设计及应用[J].数字技术与应用，2017，（8）：84-85.

[4]樊陈，倪益民，窦仁晖，等.智能变电站顺序控制功能模块化设计[J].电力系统自动化，2018，36（17）：67-71.